运筹学在运输问题中的应用.doc

运筹学在运输问题中的应用关键字：运筹学 运输引言：运输是土木工程中经常遇到的问题，在工程造价中占较大的比例。如何使运输费用达到最小化，这就需要在施工前优化施工组织设计，将运筹学、网络技术等理论的设计方法应用到施工中，使得成本费用最经济。下面我们借鉴运筹学中的理论来解决运输问题。一、运输路线最短问题。根据运筹学中最短路径算法，寻找最短路线，就是从最后一段开始，用由后向前逐步递推的方法求卅各点到终点的最短路线，最终求得南起点到终点的最短路线。某工程需要从点Sl运送500吨的建筑材料一个工地S1O。首先将图l的路线问题看成四个阶段的问题南S1到S2，S3，S4为第一阶段；南S2，S3，S4到S5，S6，S7为第二阶段；南S5，S6，S7到S8。S9为第i阶段；南S8，S9到SIO为第四阶段。下面引进几个符号：D(Sk,Sm)为Sk到Sm的距离，f(Sk)Sk到终点的最短距离。(1)在第四阶段。目前状态可以是S8或S9，可选择的下一状态是S1O，所以有(2)在第i阶段。目前状态可以是S5或S6或S7，可以选择的下一状态为S8或S9所以有(3)在第二阶段。目前状态可以是S2或S3或S4，可以选择的下一状态为S5或S6或S7，所以有(4)在第一阶段。目前状态只有S1，可以选择的下一状态为S2或S3或S4所以有通过最短路径算法计算。可知从Sl(出发点)到S1O(终点)的最短运输路程为1080千米(权数路径距离)，所走的最优路线采用“顺序追踪法”来确定，最优运输路径：S1一S3一S6S8S10。二、自卸车排队问题在工程中经常遇到材料的运输和施工之间的关系，例如铺路的碎石、沥青的运输和路面的铺设之间的关系。如果运输工作进行得太快，而施工进程跟不上，就会有太多的原料来不及施工，导致运输设备和人员的闲置。相反，如果运输进度赶不上施工，就会出现施工设备和人员的闲置。下面以高速公路高速公路沥青路面机械化施工系统为例子进行说明。高速公路沥青路面机械化施工系统，是指以沥青混合料拌和站、自卸汽车、沥青混凝土摊铺机、初压压路机、复压压路机、终压压路机等6种主体机械组成的沥青路面铺筑机群施工系统。沥青混凝土混合料作为纽带，将这6种机械共同联系在一起。准确、协调地工作，形成在“拌和一运料一摊铺一初压一复压一终压”过程中机械间的“相互影响、相互联系、相互制约”规律，即沥青路面施工系统机群工作规律。”要研究沥青路面施工系统机群工作规律，首先应研究、分析机群施工系统的概率规律性及机械排队数量的目的，为研究拌和站、自卸汽车、摊铺机、初压压路机、复压压路机、终压压路机的运行工作情况作准备，为该系统资源优化配置(即机械的性能与数量优化组合)提供理论依据。其中重点是研究机械排队队长分布和机械排队数量。1、系统流程分析 系统理想的工作情况是：当沥青混合料拌和站刚拌合好l车料时，就有l辆汽车到达拌和站处并装料；当摊铺机需要进料时，就有1辆汽车到达摊铺机处并立即卸料；沥青混凝土经摊铺机摊铺后，压路机立即分别予以压实。 拌和子系统是指由拌和站与运料汽车形成的系统。汽车总数是有限的。如只有M辆汽车，每辆汽车来到系统中接受服务后仍回到原来的总体，还会再来。由于拌和站的空间比较大，运输汽车是有限的，不会出现有运输车不能进入的情况，所以问题可以归结为单服务台等待制模型M/M/1/。这类问题的主要特征是系统空问是无限的，允许永远排队。 设：M为运料汽车总数量；L为平均队长；n为拌和站处汽车平均到达率；n为拌和站服务率，即单位时间内装车数量；W为平均逗留时间；Wq为平均等待时间。则系统状态流图见图1。2、系统参数分析 设每辆汽车的到达时间服从参数的负指数分布(即顾客的到达过程为Poisson流)率，服务台数为1个，且每辆汽车在系统外的时间固定，服务时间服从参数的负指数分布。首先，求平稳状态下队长N的分布Pn=PN=n,n=0,1,2,.因为拌和站的等待空间可以认为无限，因而有n= n=0,1,n= n=1,2,记设1,则Cn= n=1，2，则平稳状态的分布为：Pn=CnP n=1,2由概率分布的要求 有1+=1于是=（）=1-所以Pn=（1-） n=0，1，2，由已得到的单服务台等待制排队系统平稳状态下队长的分布，可知平均队长为：L=类似得到：平均排队长：L=L-(1-P)=L-；平均逗留时间：W=;平均等待时间：Wq=;3 实例某单拌和站，设运输车按Poisson流到达，平均到达5辆/h；服务时间服从负指数分布，平均每lOmin可装满l辆，求各有关指标。该系统可看成是一个M/M/1/排队系统，其中，=5,=6,=,L=5,Lq=L-=，W=1h，Wq=h求得平均逗留时间为1小时，平均等待时间为50分钟，平均队长为5辆车。当Pl时，等待队列会无限长，实际上不可能出现，所以不予考虑。三、结语 最佳方案的寻求是我们在实际工程应用中经常碰到的问题，在模型中可以发现，有时非最佳和最佳之间相差了数亿元可见在一项工程实施前，先做好相应的设计规划，是十分重要的，可以节省大量的人力物力和财力在施工规划中，合理运用运筹学的知识，指导机械设备的配置，可以节省很多人力物力。实践证明，利用运筹学的方法，可以减少工作的盲目性，避免资源浪费，在有限的资金条件下，获得更大的效益。参考文献：l薛声家.左小德.管理运筹学(第二版)M广州：暨南大学出版社，2004.2韩中庚.数学建模方法及其应用M北京：高等教育出版社，2005.3张可明.宋伯慧主编物流系统分析M北京：